ПАТЕНТНЫЙ ПОИСК В РФ
НОВЫЕ ПАТЕНТЫ, ЗАЯВКИ НА ПАТЕНТ
БИБЛИОТЕКА ПАТЕНТОВ НА ИЗОБРЕТЕНИЯ

способ низкотемпературного выращивания оксида кремния

Классы МПК:C30B33/04 с использованием электрических или магнитных полей или облучения потоком частиц
H01L21/316 из оксидов, стекловидных оксидов или стекла на основе оксидов
C30B29/18 кварц
Автор(ы):, , ,
Патентообладатель(и):Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2013-04-11
публикация патента:

Изобретение относится к области низкотемпературных технологий микро- и наноэлектроники и может быть использовано для создания радиационно-стойких интегральных схем и силовых полупроводниковых приборов. Оксид кремния получают путем нагрева кремния в атмосфере кислорода до температуры 250-400°C потоком электронов плотностью в интервале 2,5·1013-10 14 см-2·с-1 с энергией 3,5-11 МэВ. Технический результат изобретения состоит в получении высококачественных низкотемпературных оксидов кремния с характерными для высокотемпературных термических оксидов параметрами: плотностью поверхностных состояний (Nss менее 1011 см-2 ), максимальной величиной критического поля (Екр более 2·105 В/см), минимальным разбросом пороговых напряжений (способ низкотемпературного выращивания оксида кремния, патент № 2532188 Vt менее 0,1 В) и повышенной радиационной стойкостью (более 106 рад). 1 ил.

Рисунки к патенту РФ 2532188

способ низкотемпературного выращивания оксида кремния, патент № 2532188

Изобретение относится к области «низкотемпературных технологий» микро- и наноэлектроники и может быть использовано при создании, например, оксидов кремния, алюминия и других полупроводников и металлов.

Известны различные способы выращивания диэлектриков в атмосфере кислорода, в частности:

- получение «тонкой» (100-300 А) оксидной термической пленки в атмосфере кислорода при облучении кремния светом видимого и близкого инфракрасного спектра с интенсивностью 3 Вт/см 2 [1. United States Patent US 5,639,520 от 17.06.1997 «Application of optical processing for growth of silicon dioxide»];

- получение оксидных пленок хорошего качества путем осаждения диоксида на кремний и последующего низкотемпературного отжига (500-600°C) в атмосфере азотосодержащих соединений (NH3, N2O) с одновременным облучением ультрафиолетом [2. United States Patent US 5,970,384 от 19.10.1999 «Methods of heat treating silicon oxide films by irradiating ultra-violet light»];

- получение высококачественной оксидной пленки путем плазмохимического осаждения оксида и последующего облучения его инфракрасным светом [3. United States Patent US 7,754,286 B2 от 13.07.2010 «Method of forming a silicon dioxide film»];

- получение оксидных пленок путем осаждения поликремния или же аморфного кремния с последующим их термическим окислением [4. United States Patent US 6,407,012 B1 от 18.06.2002 «Method of producing silicon dioxide film, method of manufacturing semiconductor device, semiconductor device, display and infrared irradiating device»].

Такие способы имеют недостатки:

- не обеспечивают низкотемпературное (менее 500-600°C) получение «толстых» (более 0,5 мкм) низкотемпературных диэлектриков;

- невысокую радиационную стойкость (менее 106 рад);

- необходимое качество, т.е. плотность поверхностных состояний (Nss<1011 см-2), максимальная величина критического поля (Екр>2·10 5 В/см) и минимальный разброс пороговых напряжений (способ низкотемпературного выращивания оксида кремния, патент № 2532188 Vt<0,1 В).

Последний недостаток устраняется в способе изобретения, взятом за прототип [1. United States Patent US 5,639,520 от 17.06.1997 «Application of optical processing for growth of silicon dioxide»], в котором используется получение «тонкой» (100-300 А) оксидной термической пленки в атмосфере кислорода при облучении кремния светом видимого и близкого инфракрасного спектра с интенсивностью 3 Вт/см2.

Недостатком прототипа и аналогов является сложность получения при относительно низкой температуре (менее 500-600°C) плавления алюминия «толстых» (более 0,5 мкм) оксидов.

Техническим эффектом данного изобретения является создание технологии получения высококачественных низкотемпературных оксидов кремния:

- с характерными для высокотемпературных термических оксидов параметрами, т.е. плотностью поверхностных состояний (Nss<10 11 см-2), максимальной величиной критического поля (Екр>2·105 В/см) и минимальным разбросом пороговых напряжений (способ низкотемпературного выращивания оксида кремния, патент № 2532188 Vt<0,1 В);

- с повышенной радиационной стойкостью (более 106 рад).

Указанный эффект достигается тем, что в предлагаемом способе нагрев кремния в атмосфере кислорода 250-400°C осуществляют при плотности потока электронов способ низкотемпературного выращивания оксида кремния, патент № 2532188 в интервале 2,5·1012-1014 см -2·с-1 с энергией 3,5-11 МэВ.

Предлагаемый способ реализуется, например, с помощью устройства, представленного на чертеже.

В кварцевую трубу 1 керамического контейнера 2, продуваемую инертным газом - азотом N2 и кислородом O2, помещают кварцевую лодочку 3, в которой размещены кремниевые пластины 4 (10 штук), которые облучаются электронами на линейном ускорителе ЭЛУ-6 при плотности потока способ низкотемпературного выращивания оксида кремния, патент № 2532188 =1013 см-2·с-1 с энергией 6 МэВ, который обеспечивает температурный режим на первой пластине 400°C, что позволяет осуществить за 30 минут облучения рост оксида толщиной 1,0 мкм.

Следует отметить, что величина энергии электронов уменьшается на 8% от пластины к пластине за счет потери энергии электронов при взаимодействии с кремнием, поэтому облучение проводят 2 раза, меняя положение пластин в кварцевой лодочке.

Следует отметить, выбранные диапазоны мощности излучения и времени проведения процесса определяются конкретным типом полупроводника или металла.

Проведенные экспериментальные исследования показали, что МОП-структуры, изготовленные на кремниевой подложке номиналом КЭФ-4,5 Ом·см с ориентацией <100> и толщиной оксида 1,0 мкм, выращенного в атмосфере сухого кислорода при облучении электронами на линейном ускорителе ЭЛУ-6 при плотности потока 1014 см-2·с-1 в течение 30 минут и температуре на поверхности пластин, равной 400°C, имели параметры Nss<1011 см-2 , способ низкотемпературного выращивания оксида кремния, патент № 2532188 Vt=0,1 В, Екр>2·105 В/см, характерные для высокотемпературных термических оксидов.

Экспериментальные исследования радиационной стойкости «низкотемпературного» оксида к дозе гамма-излучения, равной 107 рад источника 60Со на установке МРХ-100, показали изменение порогового напряжения МОП-структуры на 0,2 В.

Физическая суть процесса заключается в термическом разогреве материала полупроводника потоком электронов за счет выделения энергии при рассеянии электронов на атомах кристаллической решетки и образовании озона в результате ионизации молекул кислорода, которые инициируют рост оксида полупроводника при низких температурах. В процессе роста пленки оксида полупроводника воздействие электронов с энергией более нескольких сотен кэВ генерирует сверхравновесные «точечные» дефекты по Френкелю (вакансия - межузельный атом) [5. Болтакс Б.И. «Диффузия и точечные дефекты в полупроводниках». Л.: Наука. Ленинградское отделение, 1972, с.159-160], которые приводят к ускоренной радиационно-стимулированной диффузии атомов кислорода к границе раздела "оксид полупроводника-полупроводник".

Следует отметить, что мощное облучение электронами в упомянутом выше диапазоне температур и плотностей потока приводит к «закалке» оксида полупроводника, улучшению границы раздела оксид-полупроводник и резкому уменьшению чувствительности к действию проникающего гамма-излучения.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Способ низкотемпературного выращивания оксида кремния путем нагрева кремния в атмосфере кислорода, отличающийся тем, что нагрев осуществляют до температуры 250-400°C потоком электронов плотностью в интервале 2,5·1013-1014 см-2·с-1 с энергией 3,5-11 МэВ.


Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2532188

patent-2532188.pdf
Патентный поиск по классам МПК-8:

Класс C30B33/04 с использованием электрических или магнитных полей или облучения потоком частиц

Патенты РФ в классе C30B33/04:
способ формирования высококачественных моп структур с поликремниевым затвором -  патент 2524941 (10.08.2014)
способ изготовления фантазийно окрашенного оранжевого монокристаллического cvd-алмаза и полученный продукт -  патент 2497981 (10.11.2013)
способ формирования бидоменной структуры в пластинах монокристаллов -  патент 2492283 (10.09.2013)
способ формирования полидоменных сегнетоэлектрических монокристаллов с заряженной доменной стенкой -  патент 2485222 (20.06.2013)
способ термической обработки алмазов -  патент 2471542 (10.01.2013)
способ создания оптически проницаемого изображения внутри алмаза, устройство для его осуществления (варианты) и устройство для детектирования указанного изображения -  патент 2465377 (27.10.2012)
способ получения алмазной структуры с азотно-вакансионными дефектами -  патент 2448900 (27.04.2012)
способ очистки крупных кристаллов природных алмазов -  патент 2447203 (10.04.2012)
способ получения алмазов фантазийного желтого и черного цвета -  патент 2434977 (27.11.2011)
способ облучения минералов -  патент 2431003 (10.10.2011)

Класс H01L21/316 из оксидов, стекловидных оксидов или стекла на основе оксидов

Класс C30B29/18 кварц

Патенты РФ в классе C30B29/18:
способ соединения деталей из тугоплавких оксидов -  патент 2477342 (10.03.2013)
деталь из искусственного кварца, способ ее изготовления и включающий ее оптический элемент -  патент 2441840 (10.02.2012)
способ выращивания монокристаллов кварца -  патент 2320788 (27.03.2008)
технологическая установка для гидротермального выращивания кристаллов кварца -  патент 2290460 (27.12.2006)
затравка для выращивания монокристалла кварца (варианты) -  патент 2261294 (27.09.2005)
диафрагма автоклава для гидротермального выращивания кристаллов -  патент 2248417 (20.03.2005)
способ получения искусственных кристаллов кварца -  патент 2236489 (20.09.2004)
затравка для выращивания монокристалла кварца -  патент 2215069 (27.10.2003)
гидротермальный способ выращивания кристаллов кварца -  патент 2213168 (27.09.2003)
способ выращивания цветных разновидностей кристаллов кварца -  патент 2209859 (10.08.2003)


Наверх